一碳单位代谢在生理上扮演着重要角色，它是指在某些氨基酸的分解过程中产生的含有一个碳原子的基团，这些基团包括甲基、亚甲基、甲烯基、甲炔基、甲酚基及亚氨甲基等。这些一碳单位具有两个显著特点：首先，它们不能在生物体内以游离形式存在；其次，它们必须通过四氢叶酸作为载体来进行转移。能够产生一碳单位的氨基酸包括丝氨酸、色氨酸、组氨酸和甘氨酸。此外，蛋氨酸（甲硫氨酸）能够通过S-腺苷甲硫氨酸（SAM）提供“活性甲基”（即一碳单位），因此也被认为能够生成一碳单位。

一碳单位的主要生理功能是作为嘌呤和嘧啶合成的原料，它是连接氨基酸和核苷酸的重要纽带。因此，当一碳单位缺乏时，对代谢活跃的组织影响尤为明显，例如红细胞，可能会导致巨幼性贫血。

一碳单位通常以四氢叶酸为载体，从一个一碳单位的供体转移到另一个一碳单位的受体上，从而使后者增加一个碳原子。在代谢过程中，丝氨酸、甘氨酸、色氨酸和组氨酸可以生成一碳单位，作为供体，主要用于嘌呤核苷酸的从头合成、脱氧尿苷酸的5位甲基化以合成胸苷酸，以及同型半胱氨酸的甲基化以再生蛋氨酸。